Один из планов, разрабатываемых NASA, называется «Эксперимент по добыче кислорода на Марсе из местных ресурсов» (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), или MOXIE для краткости. Идея заключается в том, чтобы производить кислород из углекислого газа, как это делает дерево, используя электричество для запуска реакции превращения углекислого газа в кислород. Уже есть планы установить небольшую версию аппарата MOXIE на ровере, отправить ее на Марс и отслеживать, чтобы обеспечить правильное функционирование. Затем можно было бы построить аппарат гораздо больших размеров, который помог бы создавать кислород как в качестве топлива, так и для наполнения атмосферы{24}.
Другая идея насчет того, как можно было бы привнести кислород в окружающую среду на Марсе, заключается в том, чтобы установить биокуполы по всей планете, а затем привезти туда микробы с Земли, чтобы они делали то, что миллионы лет делают на нашей планете. Самым лучшим кандидатом, скорее всего, был бы вид цианобактерий, таких, которые уже живут здесь в экстремальных условиях. Азота, их природного топлива, на Марсе предостаточно. Потом производство кислорода в биокуполах стали бы отслеживать, и, если эксперимент окажется успешным, можно будет построить гораздо больше таких конструкций{25}.
Для того чтобы этот произведенный кислород не покинул планету, потребуется создать более плотную атмосферу. Ученые считают, что создание магнитной сферы вокруг планеты, защитного плаща из электромагнитных волн, подобно тому, что окружает Землю, позволит задерживать разрушительную радиацию Солнца и минимизировать влияние солнечного ветра. Физический щит, излучающий защитные магнитные волны, нужно будет расположить в наиболее подходящем месте между Солнцем и Марсом. В случае успеха он позволит накопить существующий углекислый газ и вновь образующийся кислород, благодаря которым планета сможет нагреться, а давление воздуха увеличиться. Есть надежда на то, что это поможет растопить льды, которые в настоящее время ограничены полярными шапками Марса, и снова выпустить воду на планету.
Все это может казаться фантастикой, но есть достаточные основания полагать, что терраформирование будет успешным и через несколько сотен лет мы сможем постоянно жить на Марсе. Проблемы это атмосфера, легкие и дыхание, проблемы, которые существуют с самого начала жизни на Земле. В первый раз эти вопросы были решены эволюцией; на этот раз необходимы технологии.
Глава 2
Мы должны вдыхать и выдыхать. Но почему?
Помню, как темной январской ночью, где-то после полуночи, я зашел в спальню и посмотрел на нашего первенца, дочку, лежащую в колыбельке, родившуюся в канун Нового года, которой еще и двух недель от роду не было. Серебристый лунный свет проникал в окно, освещая ее очертания. Ее глазки были плотно закрыты, ручки закинуты за головку в извечном жесте, головка слегка повернута вправо. Ее упоительный запах новорожденного вызвал у меня восторг и умиротворение.
Как и миллионы родителей до меня, я думал о безмятежности сна новорожденного, его восстанавливающей глубине, однако я также инстинктивно проверил функцию, чтобы убедиться, что, несмотря на внешнее спокойствие, жизнь не угасла. Это означало посмотреть на животик, чтобы убедиться, что дочка дышит. Конечно же, она дышала: ее грудная клетка и животик ритмично поднимались и опускались под одеяльцем плавными движениями, которые для всех нас означают жизнь.
Когда мы наблюдаем за спящими любимыми, старыми или юными, людьми или домашними животными, мы инстинктивно обращаем внимание на их дыхание. В этом есть что-то существенное, на что все мы настроены, что-то, что мы автоматически и неосознанно приравниваем к жизни. Каждый раз, когда мы проверяем друг друга, мы подтверждаем слова римского философа Цицерона: Dum spiro, spero, что означает «пока дышу, надеюсь»{26}.
Физиологически то, что мы наблюдаем, это чудо газообмена. Мы забираем из атмосферы невидимый элемент и вводим его в наш организм для потребления. Этот процесс запускается по сигналу от ствола головного мозга, примитивной части мозга в основании черепа. Этот сигнал передается по нервам к мышцам, ответственным за вдох, и дает им команду сократиться. Самая большая и важнейшая из этих мышц диафрагма, тонкая, в виде купола, плоская скелетная мышца, отделяющая грудную клетку (грудную полость) от брюшной полости.
С каждым сигналом диафрагма сокращается, опускаясь и вытягивая грудную клетку и легкие. При этом в трахее и тканях легких создается отрицательное давление, за счет которого воздух устремляется внутрь, как течет вода в реке. Заходя через рот или нос, воздух проходит по задней части горла, мимо голосовых связок и попадает в трахею. Примерно на полпути за грудиной трахея разделяется на левый и правый бронхи, которые разделяются снова и снова на бронхи меньших размеров, называемые бронхиолами. Воздух проходит через бронхиолы, уходящие глубоко в легкие, как струйки материи от взрыва звезды в космосе, пока, наконец, не проникает в похожие на пещерки закоулки глубоко в легких. Они называются альвеолами и напоминают пчелиные соты. Именно в этих похожих на виноград кластерах на конце все сильнее и сильнее сужающихся дыхательных трубок происходит газообмен.
Дыхательная система человека[3]
Продолжая свой естественный поток из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации, кислород беспрепятственно проходит сквозь тонкую поверхность альвеол, толщиной всего в одну клетку, в соседние капилляры. Там его захватывают тысячи голодных эритроцитов, а сердце перекачивает их в артерии, а затем к тканям органов, которые пронизаны обширной сетью капилляров. На уровне тканей кислород выскакивает из эритроцитов и проникает через капилляры в клетки органа или мышцы, находящихся поблизости.
Внутри каждой клетки находятся митохондрии, специализированные органеллы, в которых происходит клеточное дыхание: там кислород соединяется с глюкозой с образованием углекислого газа, воды и АТФ. АТФ является нашим основным источником энергии. Благодаря молекуле АТФ возможны многие процессы нашего организма, включая сокращение мышц, производство ферментов и движение молекул внутри наших клеток. АТФ запускает эти процессы путем отщепления одной из своих фосфатных групп, электроны которой находятся в высокоэнергетическом состоянии, и передавая эту энергию для активации необходимых процессов в клетке. Теперь, став аденозиндифосфатом, она возвращается в митохондрии, чтобы снова стать высокоэнергетическим трифосфатом в ходе непрекращающегося процесса клеточного дыхания.
Побочным продуктом использования кислорода и клеточного дыхания является углекислый газ (CO
2
2
2
Газообмен на уровне альвеол[4]
Наше ухо так точно настроено на дыхание спящих близких, потому что мы инстинктивно пониманием его важность: питаться мы можем нерегулярно, но дыхание должно быть непрерывным. Эта система должна быть идеально скоординирована, так как концентрации газов в нашей крови не должны выходить за пределы очень узкого диапазона значений. Рецепторы в аорте и сонной артерии постоянно контролируют уровни кислорода и углекислого газа и посылают сигналы обратной связи в дыхательный центр в стволе головного мозга. Даже малейшее изменение в уровнях газа будет инициировать больше или меньше сигналов на наши мышцы, управляющие дыханием. В кору головного мозга, высший отдел мозга, также подается сигнал обратной связи о процессах в дыхательном центре ствола мозга, оповещая нас о любой надвигающейся опасности. При этом возникает знакомое всем нам тревожное ощущение, если наш мозг чувствует, что с уровнями кислорода или углекислого газа что-то не так, например, когда мы задерживаем дыхание.